[电解饱和食盐水阳极]电解饱和食盐水

[电解饱和食盐水阳极]电解饱和食盐水

　　实验演示
　　
　　操作方法
　　
　　向U形管里倒入饱和食盐水，插入一根碳棒作阳极，一根铁钉作阴极。同时在U形管的两端各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意U形管内发生的现象。
　　
　　实验现象
　　
　　两极都有气体放出，阳极放出的气体有刺激性气味，且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。同时发现阴极附近溶液变红。
　　
　　实验结论
　　
　　从实验现象看阳极产生气体为Cl2，阴极附近有碱性物质产生。并有氢气放出。因在食盐水里存在着Na＋、H＋和Clˉ、OHˉ，当接通直流电源后，Clˉ、OHˉ移向阳极，Na＋、H＋移向阴极。Cl－较易失电子，失去电子生成Cl2，H＋较易得电子，得到电子生成H2，所以在阴极附近水的电离平衡被破坏，溶液里的OHˉ数目相对增多 ，溶液显碱性。反应方程式为：
　　
　　2NaCl＋2H2O  2NaOH＋H2↑ ＋Cl2↑
　　
　　实验考点
　　
　　1、电解原理；2、氧化还原反应原理以及放电顺序；3、电极反应式的书写与判断；4、电子守恒、电荷守恒的应用。
　　
　　经典考题
　　
　　1、电解下列溶液，两极均产生气体的是 [ ]
　　
　　A. CuCl2溶液 B. HCl溶液    C. CuSO4溶液 D. NaCl溶液
　　
　　试题难度：易
　　
　　2、用Pt电极长时间电解下列溶液，整个溶液的pH不发生变化的是
　　
　　A. KNO3    B. Ba（OH）2    C. NaCl    D. H2SO4
　　
　　试题难度：中
　　
　　3、将含0.4molCuSO4和0.4molNaCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3mol铜，在另一个电极上析出气体在标准状况下的体积是______（不考虑生成的气体在水中的溶解）
　　
　　A. 5.6L B. 6.72L   C. 13.44L D. 11.2L
　　
　　试题难度：难
　　
　　1 答案：BD
　　
　　解析：AC中铜离子会放电，生成Cu，不会在阴极得到气体。
　　
　　2 答案：A
　　
　　解析：电解ABD的溶液都是电解水，溶质的浓度变大。若原来是中性溶液，电解后仍为中性；若原来是酸性溶液，则因浓度增大，酸性增强；同理，若原来是碱性溶液，碱性增强。电解NaCl溶液最后变成NaOH溶液，碱性增强。
　　
　　3 答案：A
　　
　　解析：根据离子放电顺序可知：阴极顺序为铜离子、氢离子；阳极顺序为：氯离子、氢氧根离子。电极上得到0.3mol铜，说明铜离子并未全部反应，则只有铜离子放电，共转移0.6摩电子；阳极上0.4摩氯离子先放电，转移0.4摩电子，生成0.2摩氯气，则氢氧根离子还要放电反应生成氧气，且转移0.2摩电子，即生成0.05摩氧气；所以一共生成0.25摩气体，5.6L。
　　
　　微电解/内电解原理及存在问题
　　
　　在难降解工业废水的处理技术中，微电解技术正日益受到重视，并已运用于工程实际中。废水的铁内电解法的原理非常简单，就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微原电池是以电位低的铁成为阴极，电位高的碳作阳极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子有混凝作用，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物（也叫铁泥）而除去。为了增加电位差，促进铁离子的释放，在铁-碳床中加入一定比例的铜粉或铅粉。
　　
　　经微电解后，BOD/COD升高了，那是因为一些难降解的大分子被碳粒所吸附或经铁离子的絮凝而减少。不少人以为微电解可能有分解大分子的能力，可使难生化降解的物质转化为易生化降解的物质，并搬出理论依据是“微电解反应中产生的新生态［H］可使部分有机物断链，有机官能团发生变化”。但用甲基橙和酚做试验并没有证实微电解有分解转化大分子结构的能力。
　　
　　如果要让铁碳床有分解有机大分子能力，一般需要加入过氧化氢，利用微电解产生的亚铁离子催化，生成羟基自由基才有可能分解转化有机污染物。同样，反应要在酸性的条件下才能进行。根据工程试验，铁碳床微电解刚开始的效果很理想，特别是处理酸性的有机废水，但运行两个月后，效果急剧下降。一方面，铁泥堵塞，另一方面炭也吸附饱和。反冲洗可减缓铁泥堵塞，但解决不了效果下降的问题，往往需要更换填料，而在实际工程中更换填料的工作量很大。
　　
　　另外，微电解大都是采用固定式的铁碳床工艺， 而铁碳床的板结是一个非常令人头痛的问题。有人称他们的微电解技术可解决板结问题，只要用固定床，板结迟早会发生，爆气也没多大用。
　　
　　要解决板结必须打破固定床，避免铁泥堵塞。但问题是一旦打破固定床，铁-碳两种颗粒物接触减弱，铁氧化失去的电子难以流向碳，致使H离子在铁颗粒得电子，产生的H2包着铁颗粒，使其难于继续氧化溶解。没有铁的溶解，用微电解预处理废水成为空话。
　　
　　现在不少环保设计单位开始试用流化床（fluidized bed system）代替固定床（fixed-bed system）的微电解，但流化床铁和炭难以紧密接触，微电池回路差，反应速度慢。因此，如果能解决流化床中铁失去的电子流向的问题，就不必用固定床，板结问题也就不会存在，铁屑补充也方便。
　　
　　讨论1：经微电解后，BOD/COD升高了，那是因为一些难降解的大分子被碳粒所吸附或经铁离子的絮凝而减少。不少人以为微电解可有分解大分子能力，可使难生化降解的物质转化为易生化的物质，并搬出理论依据是“微电解反应中产生的新生态［H］可使部分有机物断链，有机官能团发生变化”。但用甲基橙和酚做试验并没有证实微电解有分解转化大分子结构的能力。
　　
　　降解大分子有机物不是万能的，这里只是表明微电解不能降解甲基橙和酚，但是可以降解其他大分子有机物啊。
　　
　　讨论2：另一方面炭也吸附饱和
　　
　　按照这个意思，那微电解的主要作用不就成了活性炭吸附了？微电解运行一段时间效果下降，并不是炭吸附饱和，而是降解产物包裹铁碳表面而使铁碳无法有效接触，不能形成原电池了，因此，微电解的主要作用就无法进行，导致效果下降。

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